大管棚施工方案.docx
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大管棚施工方案
火泥塘隧道大管棚施工方案
一、工程概况
火泥塘隧道进、出口各设一环25cm长φ108大管棚，其余V级加强地段拱部设φ42小导管和全环工字钢架，IV级加强地段拱部设φ42小导管和拱墙格栅钢架加强支护。
二、大管棚施工工艺
（一）、管棚构造
管棚由钢管和钢格栅拱架组成。
管棚是利用钢格栅拱架，沿着开挖轮廓线，以较小的外插角，向开挖面前方打入钢管，形成对开挖面前方围岩的预支护。
见下图
（二）、管棚的性能特点及适用条件
管棚是利用钢管作为纵向支撑、钢格栅拱架作为横向环形支撑，构成纵、横向整体刚度较大，能阻止和限制围岩变形，并能提前承受早期围岩压力的一种超前支护形式。
管棚适用于特殊困难地段（如极破碎岩体、塌方体、岩堆地段、砂土质地层、强膨胀性地层、断层破碎带、浅埋大偏压等围岩）的隧道施工中采用。
长管棚与短管棚相比，其一次超前量较大，可减少安装钢管次数，并减少与开挖作业之间的干扰，适用于大中型机械进行大断面开挖。
（三）、管棚支护结构要点
⑴大管棚钻孔孔口位置沿隧道拱部开挖轮廓线外10cm布置，环向中心间距40cm，外插角约1～3度，每环35根。
⑵钢管采用外径ø108、壁厚8mm的无缝钢管，钢管分段安装，分段长400～600cm。
第一段按奇、偶数分别编号，奇、偶数不同的管长相差2m（若奇数管长为4m，则偶数管长为6m），其后各分段管长可取相等长度（6m）。
两段之间用丝扣连接，丝扣螺纹段长度不小于15cm。
钢管上钻注浆孔，孔径为ø10mm，孔间距50cm，呈梅花型布置。
钢管尾部2m不钻孔作为止浆段。
为提高钢管的刚度和强度，钢管内增设由4根φ20mm螺纹钢筋和固定短环组成的钢筋笼，固定环采用外径ø42mm、壁厚8mm，长4cm的短管环，环向间距1m。
⑶纵向两组管棚间，应有不小于3.0m的水平搭接长度。
钢拱架采用钢格栅钢架。
⑷在钢管内放置钢筋笼并灌注水泥浆单液浆或水泥-水玻璃双液浆，可增加钢管刚度。
⑸注浆浆夜采用水泥浆，水灰比为：
W：
C=0.5：
1。
当地下水较发肓或浆液扩散范围较大时，注浆浆液改为水泥-水玻璃双液浆。
注浆压力采用0.5～1Mpa。
（四）、大管棚施工工艺
1、大管棚施工工艺流程图如下所示
备料
施工准备
机具设备检修
钢管原材检验
加工钢管
钻机就位
钢管与钻杆连接
地质钻机
钻孔
钻机移位
至设计深度
管棚施钻完毕
安设注浆管路
配浆
管路压水试验
注浆
结束
2、施工工艺
2.1测量放样
①根据隧道进口布设的三角导线网，用坐标法测设管棚的起始中心里程，落点。
然后置镜中心点，测设中心线的垂线方向，在该方向上测设控制桩，每边各2个，以便随时恢复并检查方向的正确性。
②然后,在该方向上安设一钢格栅（其半径与大管棚半径相对应），以作定位用。
测设每根导管的中心线方向，并测设控制桩2个，同时在钢格栅上落点，于点位两端焊接Ф20的的短钢筋头（长20cm），以作导向用。
同时在钢格栅下边用Ⅰ18工字钢布设五道支撑加固，确保钢格栅稳固。
③钻孔的方向和倾斜度控制
方向控制：
在每个导管中心线方向上，均钉设两个方向桩，以控制钻孔的方向。
倾斜度控制：
孔外，通过测设大导管孔口及钻机中心的高程进行控制。
孔内，用精密水平陀螺仪控制倾斜度，分别在距孔口2m处、1/2孔深处、终孔处三处进行测量，不符合钻孔精度和要求的钻孔，必须封孔重钻。
2.2钻孔
①检查开挖的断面中线及高程，确保开挖轮廓线符合设计要求。
在开挖工作面处安设受力拱架，并在其上正确标明管棚位置；
②钢架安装垂直度允许误差为±20，中线及高程允许误差为±5cm。
在钢架上沿隧道开挖轮廓线纵向钻设管棚孔，其外插角以不侵入隧道开挖轮廓线越小越好。
钻孔顺序见下图：
两台钻机钻孔顺序示意图
说明：
Ⅰ部和Ⅱ部同时开孔，同时结束；Ⅲ部和Ⅳ部同时开孔，同时结束。
方向前进如上图所示。
原则为：
任何时候都必须保证有两台钻机同时工作。
因为上导坑需人工开挖掘进，工效很低，是控制整个隧道工期的关键因素，所以必须千方百计地加快管棚施工进度，为人工开挖掘进，赢得一定的时间。
③按照布好的孔位及钻孔的方向和倾斜度开始钻孔。
孔口位置与设计位置的允许偏差为±5cm；孔底位置偏差小于孔深的10‰。
④刚开孔时，要低压、慢转，以便于控制方向，然后逐渐地提高钻速，保持正常压力。
如遇到大孤石时，则需高压、低速进行。
总之，要随着地质的不断变化，相应地调整钻进参数。
⑤钻进时，用清水护壁，中间定期将取芯管取出，取出岩芯。
当快成孔时，用水将孔内的悬浮物或泥浆、石碴等清洗出来，做到孔壁圆、角度准、孔身直、深度够、岩粉清洗干净。
⑥当出现严重卡钻、孔口不出水时停止钻孔,立即注浆。
⑦钻孔结束后，掏孔检查，在确认无塌孔和探头石时，才可安设钢管。
⑧钻头采用φ130的合金钻头，遇孤石时，则采用金刚石钻头。
⑨大管棚施工完成后，成伞形辐射状。
详见下图：
2.3配管
为了使大管棚的整体受力效果更好，在接长管棚钢管时，钢管接头在隧道纵断面上错开2m。
下管时，由于φ108×8mm的大导管从4~6m不等，故必须将管子相互连接起来，才能达到设计长度。
管子连接采用丝扣法。
丝扣法：
即在一根管子的两端，分别车出一个公螺纹，一个母螺纹，螺纹长度不小于15cm，螺纹深度不大于1/2壁厚（4mm）。
连接时，前一根管的母螺纹与后一根管的公螺纹套在一起，用力拧紧，以防止松动，引起质量事故。
2.4送管：
只要具备足够的场地或空间，就可充分利用大型机械送管，以提高效率，并减少工人的劳动强度。
第一环大管棚，利用CAT320挖掘机挖斗向前送管。
但第二环大管棚由于在洞内，场地狭窄，大型机械无法操作，只能用钻机送管。
成孔后，通过异型接头，用主动钻杆带动φ108×8mm的大导管，边旋转（克服磨擦阻力）边向前推进，直至将全部管子送到位。
这样，每一环大管棚都正好搭在两环衬砌头上，相当于过梁。
可以更好地起到预支护的作用。
2.5下钢筋笼
钢筋笼由4根φ20的螺纹钢筋组成，中间内衬一φ42×8的导管环，间距1m。
钢筋笼主要是为了增强大导管的整体刚度和强度。
2.6管口封闭
2.6.1在管子端部焊一带眼的钢板，然后将φ32×4mm（长50cm）的注浆管与该钢板相焊，就可以了。
2.6.2注浆管构造
注浆管须是三通构造：
一通接φ108×8的大导管。
一通接塑胶管，一通为冲洗用（冲洗口主要是为防止水泥浆或水玻璃凝固，造成堵管，可以及时地将管道用水冲洗干净）。
2.7注浆
2.7.1浆液的调制步骤：
①水泥浆液搅拌在拌合机内进行，根据拌合机容量大小，严格按要求投料；
②搅拌投料的顺序为：
在放水的同时，将外加剂（如有）一并加入搅拌，待水量加足后，继续搅拌1min，并将水泥投入，搅拌时间不小于3min，并在注浆过程中不停搅拌浆液；
③配制的浆液在规定时间内注完。
3.7.5注浆作业要求
1浆液的浓度、胶凝时间符合设计要求，不得任意变更；
②经常检查泵口及孔口注浆压力的变化，发现问题及时处理；
③采用双液注浆时，经常测试混合浆液的胶凝时间，发现不符，立即调整。
2.8机具设备和劳力组织
2.8.1需要的机具设备
大管棚作业机具设备表
序号
设备名称及规格
单位
数量
备注
一
机电设备
1
钻机
台
2
XY-1、XY-1B
2
汽车
台
1
3
交流电焊机
台
1
4
注浆机
台
1
序号
设备名称及规格
单位
数量
备注
5
挖掘机
台
1
CAT-320
二
工具
每台钻机
1
链钳
把
2
2
管钳
把
2
3
大号扳手
把
2
4
大锤
把
1
2.8.2劳力组织
分2个工班进行作业，每个工班12人，其中：
施工指挥1人；施工技术指导1人；钻机司机2人（负责钻孔、下管）；普通工人4人（负责装卸钻杆、装接钢管）；电工1人（负责供水供电工作）；电焊工1人；汽车司机1人（负责运料）；洞外调度1人。
3.安全措施
3.1加强全员安全意识教育;
3.2针对本隧道工程长大管棚施工特点和要求,参照有关规范制订规章制度；
3.3加强对围岩进行动态监控量测，实行信息化管理，科学地组织施工；
3.4拆卸钻杆时，要有统一指挥、明确联络信号，扳钳卡钻方向正确，防止管钳用扳手伤人；
3.5钢管内注浆时，操作人员应戴口罩、眼镜和胶手套。
3.6要有良好的照明条件。
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